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鏷(pu)(pu)（protactinium，Pa）是(shi)一種(zhong)(zhong)天然放射性元(yuan)(yuan)素。原子(zi)序數91，原子(zi)量(liang)231.03588。1913年美國(guo)化學(xue)家法揚斯發現(xian)短(duan)半(ban)衰期的(de)鏷(pu)(pu)234，1917年英國(guo)化學(xue)家索迪、哈(ha)恩等各(ge)自獨立發現(xian)長半(ban)衰期的(de)鏷(pu)(pu)231，這也是(shi)僅有的(de)兩種(zhong)(zhong)天然放射性元(yuan)(yuan)素，現(xian)已發現(xian)質量(liang)數在215~238之間的(de)鏷(pu)(pu)的(de)21個(ge)同位素。

231Pa主(zhu)要(yao)用于科(ke)學研究。它也是(shi)由(n，γ)反應制取鈾-232的原料。

鏷可用四氟化鏷等用鋇還(huan)原(yuan)而制得。也可用酮和(he)醇從鈾精煉廠殘余物(wu)中分離、萃取。

發現簡史

發現人：哈恩、邁特(te)納(na)、索迪、克蘭斯頓(dun)

發現年(nian)(nian)代(dai)：1917年(nian)(nian)

地點：英格蘭/法國

希臘(la)文：proto和actinium（錒(a)之母）。鏷放射性衰變為錒(a)。

1871年，門捷列(lie)夫預言釷和鈾之間(jian)有元素的(de)(de)(de)存在。當(dang)時(shi)錒系元素還沒有被發現。因此1950年代(dai)出版的(de)(de)(de)周(zhou)期表，先是鈾、鎢、鋯(gao)、釷、鉭，而(er)(er)鉭下面的(de)(de)(de)空(kong)格是空(kong)的(de)(de)(de)。造成很(hen)長一段(duan)時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)化(hua)學(xue)家以EKA-鉭作為(wei)搜索的(de)(de)(de)結果來搜尋(xun)相似(si)的(de)(de)(de)化(hua)學(xue)性(xing)質如鉭的(de)(de)(de)元素，而(er)(er)使得發現鏷幾乎不可能(neng)。

在1903年，威(wei)廉·克(ke)魯(lu)克(ke)斯從鈾(you)(you)分離出強烈的(de)放射性物質鏷，然而他不知(zhi)道他發現(xian)了一個新的(de)化(hua)學元素(su)，因(yin)此將其(qi)命(ming)名(ming)為鈾(you)(you)-X。克(ke)魯(lu)克(ke)斯將硝酸鈾(you)(you)酰溶(rong)解于乙(yi)醚中，發現(xian)剩余(yu)的(de)水中含有釷-234和鏷-234。

1913年，當(dang)時法揚斯(si)(Kasimir Fajans)和格(ge)林(Oswald Helmuth G?hring)，在他們的(de)研(yan)究(jiu)鈾-238衰(shuai)(shuai)變(bian)鏈：鈾-238→釷-234→鏷(pu)(pu)-234→鈾-234，發(fa)現了鏷(pu)(pu)的(de)231號(hao)同位素(su)。因為(wei)它鏷(pu)(pu)-231的(de)半衰(shuai)(shuai)期僅只有(you)6.7小時，他們將這個新元素(su)命名為(wei)Brevium（拉丁(ding)語(yu)，意思是(shi)短(duan)暫或短(duan)期）。

在(zai)1917年至(zhi)1918年，兩組(zu)科學(xue)家奧托·漢恩(Otto Hahn)和(he)莉斯·麥特納(Lise Meitner)，以(yi)及(ji)德國和(he)英國的弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)和(he)約翰·克蘭斯登(John Cranston)的，另(ling)外發現(xian)了鏷(pu)(pu)-231，半衰(shuai)期約3.2萬年。他們將(jiang)這個元素更名為(wei)鏷(pu)(pu)(protoactinium)（proto-源(yuan)于希(xi)臘文(wen)：πρ?το?，意義(yi)為(wei)之前，首先；-actinium源(yuan)于錒的英文(wen)名），因為(wei)鏷(pu)(pu)在(zai)鈾-235衰(shuai)變鏈(lian)的在(zai)錒之前。

Aristid von Grosse于(yu)(yu)1927年提取2毫克(ke)的(de)Pa2O5，并于(yu)(yu)1934年首次分離出元素(su)鏷于(yu)(yu)0.1毫克(ke)的(de)Pa2O5。他用(yong)兩(liang)種不(bu)同的(de)方法(fa)：第一個，氧(yang)化鏷在真(zhen)空(kong)中照(zhao)射35keV的(de)電(dian)子。在另一種方法(fa)中，被稱為范亞克(ke)-戴(dai)波耳法(fa)，將氧(yang)化物(wu)的(de)化學置(zhi)HF換為一個鹵化物(wu)（氯化物(wu)，溴化物(wu)或(huo)碘(dian)化物(wu)），然后在真(zhen)空(kong)用(yong)一個電(dian)加熱的(de)金(jin)屬絲:

2 PaI5 → 2 Pa + 5 I2

1961年，英(ying)國(guo)原子能管理局（UKAEA）用125克純度為(wei)99.9%鏷(pu)，用一個(ge)12級的(de)過(guo)程處理60噸的(de)廢料，成(cheng)本約(yue)50萬美元。

美國(guo)橡樹(shu)嶺(ling)國(guo)家(jia)實(shi)驗室(shi)提(ti)供鏷的成本約280美元/克。

理化性質

密度15.37克/厘米3。熔(rong)點小于1600℃，具(ju)有放射(she)性(xing)。已知同(tong)位素(su)(su)中(zhong)(zhong)，231Pa壽命(ming)最長(chang)，發(fa)(fa)射(she)α粒子，半衰期(qi)約為3.4×10^4。233Pa，發(fa)(fa)射(she)β和γ射(she)線(xian)，半衰期(qi)為27天。其他幾種同(tong)位素(su)(su)226Pa、237Pa等，都較(jiao)"短命(ming)"。灰白色金屬，有延展性(xing)能，硬度似(si)鈾。空氣中(zhong)(zhong)穩定(ding)，晶(jing)格屬正方系(xi)。化學性(xing)質與鉭相似(si)。常顯示+4價和+5價。鏷是第三罕有元素(su)(su)。它在放射(she)衰變過程中(zhong)(zhong)產生(sheng)錒，是錒的"祖先(xian)"。

在(zai)同(tong)一時間內(nei)自(zi)然界中(zhong)只(zhi)有幾個鏷原子存在(zai)并(bing)幾乎都在(zai)出現后(hou)幾分鐘內(nei)衰變掉了，見于(yu)鈾、釷和(he)钚的裂變產物中(zhong)。

元素符號：Pa 英文名：Protactini

元素名稱：鏷

元素(su)原子量：231.0

元素類型：金屬

原子YY體積(ji):(立(li)方厘米/摩爾)

15.1

氧化態：

Main Pa+5

Other Pa+3, Pa+3

晶(jing)(jing)體結構：晶(jing)(jing)胞為正交晶(jing)(jing)胞。

晶胞參數：

a = 392.5 pm

b = 39T2.5 pm

c = 323.8 pm

α = 91°

β = 92°

γ = 91°

相(xiang)對原(yuan)子質量(liang)：231.036 常見(jian)化合價：+4,+5 電(dian)負性：1.5

外(wai)圍(wei)電子排布：5f2 6d1 7s2 核外(wai)電子排布：2,8,18,32,20,9,2

同位素(su)及放(fang)射(she)線：Pa-230[17.4d] Pa-231(放(fang) α[32800y]) Pa-233[27d]Pa-234[6.69h]Pa-234m[1.17m]

電子親(qin)合和能：0 KJ·mol-1

第(di)一電離能：570 KJ·mol-1 第(di)二電離能： 0 KJ·mol-1 第(di)三電離能： 0 KJ·mol-1

單(dan)質(zhi)密度：15.4 g/cm3 單(dan)質(zhi)熔點(dian)： 1Y567 ℃ 單(dan)質(zhi)沸點(dian)：4027℃

原子半徑：160.6 離子半徑：未知(zhi) 共價(jia)半徑：未知(zhi)

表2 鏷的(de)重要物理性質

性(xing) 質 數(shu) 據 性(xing) 質 數(shu) 據

半(ban)徑r/pm Pa3+113，Pa4+98，熱導率λ/W·m-1·K-1 47(300K)

Pa5+89

熔點T/K 2113

沸點T/K 4300

熔化熱Q/kJ·mol-1 16.7

氣化熱Q/kJ·mol-1 481

密度ρ/kg·m-3 15370

制備方法

鏷有兩(liang)種(zhong)制取途徑(jing)：一(yi)種(zhong)是從鈾(you)礦渣中(zhong)(zhong)提取；另一(yi)種(zhong)是在反應堆中(zhong)(zhong)，用中(zhong)(zhong)子(zi)輻照釷-230靶(ba)，由核反應制得。

從礦渣(zha)(zha)中分(fen)離提取的(de)化學過程(cheng)復雜，一般(ban)要經過溶劑(ji)萃(cui)取和(he)離子(zi)交(jiao)換(huan)分(fen)離過程(cheng)。英國科學家曾從鈾“醚渣(zha)(zha)”中回(hui)收了125g純度為99.9%的(de)Pa。

中國(guo)研究了從鈾礦渣中提(ti)取(qu)(qu)鏷的流程(cheng)。該(gai)流程(cheng)以瀝青(qing)鈾礦為(wei)原料，經硝酸浸出鈾、鐳(lei)后，用氫氟(fu)酸浸出渣中的鏷，經苯基(ji)磷酸-2-乙基(ji)己基(ji)酯-二甲(jia)苯、三烷基(ji)氧膦-二甲(jia)苯、三脂肪胺-混合醇-磺化煤油等三次溶劑萃取(qu)(qu)和(he)陰離子交(jiao)換(huan)樹脂色層分(fen)離獲得(de)純化鏷。

海水中的鏷

鏷在(zai)海(hai)水(shui)(shui)中的(de)溶存形態可(ke)能是五價的(de)氧(yang)化態，以(yi)PaO(OH)2.5或(huo)Pa(OH)4.5水(shui)(shui)解形態存在(zai)。這些水(shui)(shui)解產物被吸(xi)附在(zai)氫氧(yang)化物和粘土礦物等天然(ran)吸(xi)附劑的(de)表面上，最(zui)后(hou)在(zai)海(hai)底沉(chen)積(ji)物或(huo)鐵錳結(jie)核中富集。

由于鏷(pu)在海水(shui)(shui)中的含量(liang)極低，所(suo)以必(bi)須要取大體積(200-500升(sheng))水(shui)(shui)樣才能分(fen)析。通常用氫氧(yang)化(hua)鐵和二氧(yang)化(hua)錳進(jin)行富集，然后再用溶劑萃取或陰離子交換法分(fen)離、純化(hua)。至(zhi)今，海水(shui)(shui)中測定鏷(pu)的實例還不(bu)多(duo)。有的報道說，在太平洋(yang)赤道海域其值為(wei)3—5×10克(ke)/升(sheng)，在北太平洋(yang)和加(jia)勒比海其值為(wei)1.3-2.4×10克(ke)/升(sheng)。這只(zhi)不(bu)過(guo)是與(yu)U平衡值的0.15-7%。不(bu)平衡的原因是與(yu)鏷(pu)的水(shui)(shui)解產物沉積在海底(di)沉積物所(suo)致。

在鏷的(de)放射性同位素中，較有意義(yi)的(de)是Pa。利用鍰鏷法(Pa/Th)或鏷法，可以測定海底沉積物的(de)年(nian)代及鐵錳結核和(he)磷塊結核的(de)生長(chang)速度。